門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)用于大跨度的單層工業(yè)廠房, 其優(yōu)越性越來越被業(yè)主接受, 跨度也越做越大。然而由于鋼材市場的價(jià)格波動, 鋼柱的用鋼量大于鋼梁的用鋼梁, 加上防火涂料價(jià)格的昂貴, 建筑功能的需要, 不少業(yè)主提出采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土柱焊接工字鋼梁的結(jié)構(gòu)形式, 這就出現(xiàn)了一種新的結(jié)構(gòu)體系———混凝土柱鋼梁。
由于目前現(xiàn)有的國家規(guī)范、規(guī)程沒有針對這種結(jié)構(gòu)受力分析、變形限值等等進(jìn)行專門的規(guī)定, 一些設(shè)計(jì)人員將其與門式剛架結(jié)構(gòu)混淆, 參照門式剛架設(shè)計(jì), 從而使設(shè)計(jì)導(dǎo)入誤區(qū), 留下安全隱患。只有從這種結(jié)構(gòu)體系的假定出發(fā), 根據(jù)它的受力特點(diǎn)分析研究, 分析明確它的使用范圍和條件, 只有這樣才能使設(shè)計(jì)合理, 防患于未然。
結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)假定混凝土柱與鋼梁有兩種連接形式, 剛接和鉸接, 如果混凝土柱頂與鋼梁剛接, 仍可定性為門式剛架體系, 參照門式剛架的受力特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。如果混凝土柱頂與型剛梁鉸接, 則不能定性為門式剛架體系, 從其受力特點(diǎn)來分析, 應(yīng)定性為兩鉸折線拱, 應(yīng)按照拱的受力特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。
由于其柱頂與鋼梁的結(jié)合上由兩種完全不同的材料組成, 鋼梁為彈性材料, 混凝土柱為彈塑性材料, 如果混凝土柱頂混凝土節(jié)點(diǎn)區(qū)作為剛性節(jié)點(diǎn), 受力十分復(fù)雜, 但是一般的混凝土柱和鋼梁的螺栓連接只能認(rèn)為是鉸接, 因此柱頂節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造也較為復(fù)雜, 這就給設(shè)計(jì)和施工造成了一定的難度, 也增加了造價(jià)。實(shí)際上該類節(jié)點(diǎn)要做到完全剛性節(jié)點(diǎn)也難以做到,只能通過構(gòu)造措施加強(qiáng)。設(shè)計(jì)時(shí)仍應(yīng)適當(dāng)提高鋼梁跨中的彎矩系數(shù)。
如果混凝土柱和鋼梁采用一般的預(yù)埋螺栓連接, 則混凝土柱頂與型鋼梁鉸接, 則不能定性為門式剛架體系, 應(yīng)為兩鉸折線拱, 應(yīng)按照拱的受力特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。拱腳反力對混凝土柱有一水平推力, 跨度越大, 推力就越大。為了減少水平推力, 應(yīng)在鋼梁下設(shè)置拉桿或在梁、柱間采用剛接節(jié)點(diǎn)。如果鋼梁接近于平拱或做成平拱, 混凝土柱頂仍與鋼梁鉸接,則結(jié)構(gòu)體系演變?yōu)榕偶芙Y(jié)構(gòu)體系, 可按排架進(jìn)行受力分析和設(shè)計(jì)。
對于上述的雙鉸折線拱混凝土排架柱的結(jié)構(gòu)體系, 若未設(shè)置拉桿, 其計(jì)算較為繁瑣,如果未予以認(rèn)真對待或認(rèn)識不清, 僅采用通常平面桿系計(jì)算軟件電算了事, 不管其跨度多大都一樣, 則是一種不負(fù)責(zé)任的做法, 也給結(jié)構(gòu)留下安全隱患。實(shí)際上, 目前通用的平面桿系計(jì)算軟件是基于兩個(gè)基本假設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行受力分析的, 其一是平截面假設(shè), 即結(jié)構(gòu)受力后桿件的截面保持不變, 其二是桿件與桿件之間的夾角不變, 即結(jié)構(gòu)受力后梁, 柱之間或折梁之間的夾角不變。這種假設(shè)對門式剛架而言,是符合其計(jì)算簡圖的, 但這種假設(shè)對本文所針對的結(jié)構(gòu)則不適用, 也不符合實(shí)際受力的計(jì)算簡圖, 首先人字型鋼梁由于拱腳推力較大(跨度越大, 推力就越大), 如果拱腳不設(shè)置拉桿或柱的抗推力(側(cè)向剛度) 不足, 將產(chǎn)生較大水平位移, 勢必造成鋼梁屋脊處夾角的改變,即桿件與桿件之間夾角的改變, 不符合計(jì)算軟件的基本假設(shè), 其次由于拱腳水平位移的加大, 給混凝土柱增加了附加彎矩, 即存在二階效應(yīng)問題, 而軟件計(jì)算又未考慮二階效應(yīng), 再者由于懸索效應(yīng), 屋面鋼梁內(nèi)力將急劇增加,柱頂?shù)募袅σ布眲≡黾? 反過來又造成更不利的情況, 這些都是目前計(jì)算軟件沒有考慮和解決的問題, 因此電算的結(jié)果將產(chǎn)生較大的誤差, 直接用電算結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)顯然是不合理和錯(cuò)誤的, 勢必留下安全隱患。
根據(jù)上述分析, 可得如下結(jié)論:
如果將混凝土柱頂與鋼梁設(shè)計(jì)成剛接結(jié)構(gòu)體系, 一般有兩種做法, 一是參照鋼柱外包式柱腳的做法, 在混凝土柱頂增加短鋼柱并埋入混凝土柱頂, 短鋼柱與鋼梁剛接, 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和計(jì)算按外包式柱腳的有關(guān)規(guī)定?；炷林敳捎弥辽佴?2@100 的箍筋加強(qiáng), 體積配箍率也要增大。二是參照網(wǎng)架支座預(yù)埋件的做法,但加以改進(jìn)做成剛接節(jié)點(diǎn), 即將鋼梁支座底板與支座預(yù)埋件鋼板周邊電焊, 并在支座底上開幾個(gè)圓孔塞焊, 使支座底板與預(yù)埋件鋼板融成一體, 預(yù)埋件按彎、拉、剪受力的有關(guān)規(guī)定計(jì)算, 并滿足構(gòu)造要求, 混凝土柱頂箍筋加強(qiáng)做法同上。這種結(jié)構(gòu)的鋼梁用鋼量相對較小, 但是節(jié)點(diǎn)構(gòu)造麻煩, 不易保證, 對施工要求高。
如果混凝土柱頂與鋼梁采用鉸接結(jié)構(gòu)體系, 一是: 可在鋼梁下設(shè)置拉桿, 拉桿可采用角鋼或φ25 以上的鋼筋, 使鋼梁簡化為鋼屋架; 二是: 將屋梁坡度減小, 形成平拱或接近平拱, 屋面坡度可采用1 /20～1 /25, 受力分析可按排架進(jìn)行, 鋼梁采用門式剛架柱頂鉸接設(shè)計(jì), 柱按照排架柱設(shè)計(jì)。柱頂錨筋跨度小于27 米時(shí), 至少采用2 個(gè)M30, 跨度大等于27米時(shí), 至少采用4 個(gè)M30, 并在鋼梁支座底板下設(shè)置抗剪鍵, 必須指出的是普通的排架主要承受水平力, 而這種結(jié)構(gòu)主要承受的垂直力,包括風(fēng)吸力, 撓度應(yīng)控制在l /400, 因此這種結(jié)構(gòu)的鋼梁用鋼量是較大的, 但是施工相對簡單。
綜上所述, 由于對上述結(jié)構(gòu)體系的受力分析和計(jì)算, 目前研究的還不夠, 對較大跨度的應(yīng)謹(jǐn)慎采用, 采用時(shí)應(yīng)注意使用條件和構(gòu)造加強(qiáng)措施。
